ANALYSE EXERGIQUE DU COUPLAGE DE DEUX CYCLES DE POMPE A CHALEUR CO2
Exergy analysis of the coupling of two CO2 heat pump cycles
DOI :
https://doi.org/10.59277/RRST-EE.2023.68.2.20Mots-clés :
Destruction de l'exergie, Optimisation structurelle, Échangeur de chaleur interneRésumé
L'étude recherche la configuration optimale d'une pompe à chaleur air/eau capable de chauffer de l'eau dans un système aller-retour. Le dioxyde de carbone est utilisé comme agent de travail. Dans la stratégie d'optimisation, l'analyse exergétique est considérée. En utilisant l'analyse exergétique, l'ampleur et l'emplacement de tout dysfonctionnement fonctionnel ou constructif peuvent être révélés. Tout d'abord, un système de pompe à chaleur standard à un étage est considéré. En raison de la destruction exergétique élevée dans la vanne d'étranglement, l'efficacité du système standard est améliorée en le couplant avec un système auxiliaire. Le processus de couplage est réalisé dans un sous-refroidisseur interne-évaporateur-échangeur de chaleur. En sous-refroidissant le CO2 avant d'entrer dans la vanne d'étranglement du cycle standard, la destruction d'exergie associée à ce processus diminue. Pour augmenter l'efficacité du système à couplage global, la chaleur transférée à l'extérieur dans le refroidisseur de gaz de la pompe à chaleur auxiliaire est utilisée dans le processus de chauffage de l'eau. Les rendements énergétique et exergétique du système couplé ont augmenté respectivement de 19 % et 18,3 % par rapport au cycle de pompe à chaleur standard.
Références
(1) ***Regulation (EU) No 517/2014 of the European Parliament and of the Council of 16 April 2014 on fluorinated greenhouse gases and repealing Regulation (EC) No 842/2006
(2) H. Bin, W.U. Di, L.W. Wang, R.Z. Wang, Exergy analysis of R1234ze (Z) as high temperature heat pump working fluid with multi-stage compression, Energy 11 (4), pp. 493-502 (2017).
(3) Y. Alptug, K. Ali, K. Irfan, Exergy analysis of R1234yf and R1234ze as R134a replacements in a two evaporator vapor compression refrigeration system, International Journal of Refrigeration 60, pp 26-37 (2015).
(4) Z. Yingbai, W. Zhichao, C. Kuikui, Z. Xuedong, The exergy analysis of gas cooler in CO2 heat pump system, Procedia Environmental Sciences 11, pp. 1555-1560 (2011).
(5) L. Schengchun, L. Zheng, D. Baomin, Z. Zhifeng, S. Hailong, M. Song, Z. Sun, Energy, economic and environmental analysis of air source transcritical CO2 heat pump system for residential heating in China, Applied Thermal Engineering 148, pp. 1425-1439 (2019).
(6) Z. Jian-Fei, Q. Yan, W. Chi-Chuan, Review on CO2 heat pump water heater for residential use in Japan Renewable and Sustainable Energy Reviews 50, pp. 1383-1391 (2015).
(7) Q. Xiang, L. Huadong, M. Xiangrui, W. Xinli, Z. Linghua, Y. Lingxiao, A study on the compressor frequency and optimal discharge pressure of the critical CO2 heat pump system, International Journal of Refrigeration 99, pp. 101-113 (2019).
(8) B. Evangelos, T. Christor, A comparative study of CO2 refrigeration systems, Energy Conversion and Management X, 1, pp. 100002 (2019).
(9) B. Changhyun, H. Jaehyeok, J. Jongho, C. Honghyun, K. Yongchan, Performance characteristics of a two-stage CO2 heat pump water heater adopting a subcooler vapor injection cycle at various operating conditions, Energy 77, pp. 570-578 (2014).
(10) B. Tao, Y. Jianlin, Y. Gang, Advanced exergy analyzes of an ejector expansion transcritical CO2 refrigeration system, Energy Conversion, and Management 126, pp. 850-861 (2016).
(11) S. Taleghani Taslimi, M. Sorin, S. Poncet, H. Nesreddine, Performance investigation of a two-phase transcritical CO2 ejector heat pump system, Energy Conversion and Management 185, pp. 442-454 (2019).
(12) S. Bhattacharyya, A. Mukhopadhyay, A. Kumar, R.K. Khurana, J. Sarkar, Optimization of a CO2 -C3H8 cascade system for refrigerator and heating, International Journal of Refrigeration 28, pp. 1284-1292 (2005).
(13) C. Feng, C. Cui, X. Wei, C. Yin, M. Li, X. Wang, The experimental investigation on a novel transcritical CO2 heat pump combined system for space heating, International Journal of Refrigeration 106, pp539-548 (2019).
(14) K.J. Chua, S.K. Chou, W.M. Yang, Advances in heat pump systems: A review, Applied Energy 87, pp 3611-3624 (2010).
(15) BO Bolaji and Z Huan, Ozone depletion and global warming: Case for the use of natural refrigerant - A review, Renew. Sustain. Energy Rev. 18, pp. 49-54 (2013)
(16) *** https://climalife.dehon.com/
(17) ***https://www.agas.com/
(18) ***http://www.coolprop.org/
(19) V. Radcenco, S. Porneala, A, Dobrovicescu, Procese in instalatiile frigorifice, (in Romanian) Editura Didactica si Petagogica , Bucuresti (1983).
(20) ***https://www2.le.ac.uk/offices/itservices/ithelp/my-computer/programs /ess-10-2 Engineering Equation Solver (vs. 10.2 – 2017).
